Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial

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(1)UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID. Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Sistemas de Telecomunicación. Proyecto Fin de Carrera. Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. Autor: Pablo Fernández Escobedo Tutora: Ana Belén García Hernando. Madrid, 2015.

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(3) PROYECTO FIN DE CARRERA PLAN 2000. ETSIS TELECOMUNICACIÓN. TEMA:. Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. TÍTULO:. Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. AUTOR:. Pablo Fernández Escobedo. TUTOR:. Ana Belén García Hernando. DEPARTAMENTO:. Vº Bº.. INGENIERÍA TELEMÁTICA Y ELECTRÓNICA. Miembros del Tribunal Calificador: PRESIDENTE:. Luis Narvarte Fernández. VOCAL:. Ana Belén García Hernando. VOCAL SECRETARIO:. Carlos Ramos Nespereira. Fecha de lectura: 09-septiembre-2015 Calificación:. El Secretario,. RESUMEN DEL PROYECTO:. El desarrollo de las redes IP ha marcado un creciente interés por unificar todas las comunicaciones sobre una misma infraestructura. Con esta idea nació la tecnología conocida como VoIP (Voice Over Internet Protocol) que consiste en la trasmisión de la voz sobre paquetes IP. Con este proyecto se quiere mostrar el proceso seguido para la implantación de una solución de VoIP en un entorno empresarial, así como un estudio detallado de los componentes implicados en esta tecnología. Se realizará un análisis de las necesidades de un determinado cliente, se buscará la solución que más se le adecue, se realizará un diseño y se seguirá el proceso de implantación de la solución escogida..

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(5) AGRADECIMIENTOS Agradecer a mi tutora Ana Belén García Hernando su apoyo tanto en el proyecto como durante la carrera, que siempre me ha recibido para atender las dudas y consultas que podían surgir.. Agradecer también a mi familia, amigos y a mi pareja el apoyo incondicional que siempre recibo de ellos.. Nombrar también la ayuda y los conocimientos que he adquirido en mi empresa actual Sistemas Avanzados de Tecnología que me han servido para abordar este proyecto con buenas garantías..

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(7) CONTENIDO ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ...................................................................... 3 RESUMEN ................................................................................................ 7 ABSTRACT ............................................................................................... 9 1. 2. 3. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS.......................................................... 11 1.1. FUNDAMENTOS DE LA TELEFONÍA IP........................................................ 11. 1.2. OBJETIVOS Y ALCANCE DEL PROYECTO ..................................................... 12. 1.3. ORGANIZACIÓN DE LA MEMORIA ............................................................ 12. INTRODUCIÓN A LA VOZ SOBRE IP (VoIP) ....................................... 13 2.1. HISTORIA DE LA VoIP ............................................................................... 14. 2.2. ESTADO ACTUAL Y EVOLUCIÓN DE LA VoIP .............................................. 14. 2.3. VENTAJAS DE LA VoIP .............................................................................. 16. DESCRIPCION DE LOS ASPECTOS TECNOLÓGICOS ............................ 17 3.1 3.1.1. SEÑALIZACIÓN EN REDES TELEFÓNICAS CLÁSICAS .............................................. 17. 3.1.2. H.323 .................................................................................................................... 18. 3.1.3. SIP (Session Initiation Protocol) ........................................................................... 25. 3.1.4. SCCP (Skinny Call Control Protocol) ..................................................................... 31. 3.1.5. MGCP (Media Gateway Control Protocol) ........................................................... 31. 3.2. 4. PROTOCOLOS DE SEÑALIZACIÓN .............................................................. 17. CODECS Y FACTORES A TENER EN CUENTA. .............................................. 32. 3.2.1. FACTORES CRÍTICOS EN VOIP ............................................................................... 32. 3.2.2. MECANISMOS DE CORRECCIÓN ........................................................................... 34. 3.2.3. CÓDECS ................................................................................................................ 35. CASO DE ESTUDIO ........................................................................... 39 4.1. REQUISITOS DEL CLIENTE ......................................................................... 39. 4.2. DESCRIPCION GENERAL DE LA SOLUCIÓN ................................................. 39. 4.2.1. Aspectos a tener en cuenta ................................................................................. 41. 4.2.2. Escenario de sede central y sedes secundarias ................................................... 42. 4.2.3. Requisitos de infraestructura de cliente .............................................................. 42. 4.2.4. Disponibilidad y tolerancia a fallos ...................................................................... 42. 1.

(8) 4.3. EQUIPAMIENTO PROPUESTO ................................................................... 43. 4.3.1. Cisco Unified Communications Manager ............................................................. 44. 4.3.2. Cisco Unity Connection ........................................................................................ 52. 4.3.3. Cisco Unified Presence ......................................................................................... 54. 4.3.4. UCS C220 .............................................................................................................. 55. 4.3.5. Gateways .............................................................................................................. 56. 4.4. ESTIMACIÓN ECONÓMICA ....................................................................... 59. 4.4.1. Coste del equipamiento ....................................................................................... 59. 4.4.2. Coste de implementación de la solución ............................................................. 62. 4.5. IMPLEMENTACIÓN .................................................................................. 63. 4.5.1. Diseño de la solución ........................................................................................... 64. 4.5.2. Instalación de los servidores ................................................................................ 65. 4.5.3. Instalación de los aplicativos................................................................................ 72. 4.5.4. Parametrización de los aplicativos ....................................................................... 82. 4.5.5. Asignación de dispositivos ................................................................................... 90. 4.5.6. Revisión de la parte de red .................................................................................. 91. 4.5.7. Conexión con la red pública ................................................................................. 91. 5. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS ........................................... 93. 6. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................. 95. 2.

(9) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1 - Flujo de codificación / decodificación ..................................................... 11 Ilustración 2 - Puertos FXS / FXO .................................................................................... 13 Ilustración 3 - FXO Gateway ........................................................................................... 13 Ilustración 4 - Volumen de tráfico mundial para servicios de VoIP (Fuente: [stadista.com]) ................................................................................................................ 15 Ilustración 5 - Comunicaciones Unificadas (Fuente: http://mundocontact.com) ......... 15 Ilustración 6 - Pila de protocolo SS7 frente al modelo OSI (Fuente: http://asss7.blogspot.com.es/)..................................................................................................... 18 Ilustración 7 – Elementos que componen una red H.323 .............................................. 20 Ilustración 8 - Pila de protocolos H.323 ......................................................................... 20 Ilustración 9 - Intercambio de paquetes H.225 .............................................................. 22 Ilustración 10 - Señalización H.323................................................................................. 24 Ilustración 11 - Pila protocolos SIP ................................................................................. 27 Ilustración 12 - Formato mensaje SIP ............................................................................. 27 Ilustración 13 Intercambio mensajes SIP. (Fuente: http://www.voipforo.com/SIP/SIPejemplo.php) ........................................................... 30 Ilustración 14 - Arquitectura MGCP (Fuente: www.ixiacom.com) ................................. 32 Ilustración 15 – Jitter (CISCO.JITTER 06) ......................................................................... 33 Ilustración 16 – Algunos de los codecs más usados en VoIP [SHARAFALI 15] ............... 36 Ilustración 17 - Muestreo de una señal analógica.......................................................... 37 Ilustración 18 Cuantificación de una señal. (Fuente: http://www.voipforo.com/codec/codec-g711--ley.php)............................................... 38 Ilustración 19 - Codificación Ley A. (Fuente: http://www.voipforo.com/codec/codecg711--ley.php) ................................................................................................................ 38 Ilustración 20 - Esquema de la solución. ........................................................................ 40 Ilustración 21 - CUCM - Licencias Usuario (Fuente:http://cisco.com) ........................... 45 Ilustración 22 - CUCM - Tabla licencias usuario. (Fuente:http://cisco.com) .................. 46 Ilustración 23 - CUP - Cliente Jabber (Fuente:http://cisco.com) ................................... 54 Ilustración 24 - CUP - Cisco Jabber (Fuente:http://cisco.com) ...................................... 55 Ilustración 25 - UCS C220 (parte delantera) (Fuente:http://cisco.com) ........................ 56 Ilustración 26 - UCS C200 (parte trasera) (Fuente:http://cisco.com) ............................ 56 Ilustración 27 – GW – Serie 2900 (Fuente:http://cisco.com)......................................... 57 Ilustración 28 - GW - Tarjetas de primario (Fuente: http://cisco.com) ......................... 57 Ilustración 29 - GW –Cálculo de canales primario ......................................................... 59 Ilustración 30 - Costes equipamiento ............................................................................. 62 Ilustración 31 - Topología de la solución ........................................................................ 64 Ilustración 32 - UCS - Panel frontal. [CISCO.UCS 15]. ..................................................... 66 Ilustración 33 - UCS - Panel posterior. [CISCO.UCS 15] .................................................. 67. 3.

(10) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial Ilustración 34 - CIMC - Configuración IP ......................................................................... 67 Ilustración 35 - ESXi - Elección de disco.......................................................................... 68 Ilustración 36 - ESXi - Confirmación de instalación. ....................................................... 68 Ilustración 37 - ESXi - Instalación completada................................................................ 69 Ilustración 38 - ESXi - Configuración de la contraseña de acceso .................................. 69 Ilustración 39 - ESXi - Seleccionar adaptadores de red .................................................. 70 Ilustración 40 - ESXi - Asignación de IP ........................................................................... 70 Ilustración 41 - ESXi – Definimos hostname. .................................................................. 71 Ilustración 42 - ESXi - Apariencia del cliente Windows .................................................. 72 Ilustración 43 - CUCM - Importación de la OVA ............................................................. 73 Ilustración 44 - CUCM - Publisher - Nombre del servidor .............................................. 73 Ilustración 45 - CUCM - Publisher - Reserva de espacio en disco .................................. 74 Ilustración 46 - CUCM - Publisher - Arranque servidor .................................................. 75 Ilustración 47 - CUCM - Publisher - Media check ........................................................... 75 Ilustración 48 - CUCM - Publisher - comienzo instalación del aplicativo. ...................... 76 Ilustración 49 - CUCM - Publisher - Instalación aplicativo. ............................................ 76 Ilustración 50 - CUCM - Publisher - Instalación aplicativo ............................................. 77 Ilustración 51 - CUCM - Publisher - Instalación aplicativo ............................................. 77 Ilustración 52 - CUCM - Publisher - Instalación aplicativo. ............................................ 78 Ilustración 53 - CUCM - Publisher - Instalación aplicativo ............................................. 78 Ilustración 54 - CUCM - Publisher - Instalación aplicativo ............................................. 79 Ilustración 55 - CUCM - Subscriber - Alta Subscriber ..................................................... 79 Ilustración 56 - CUCM - Subscriber - Alta Subscriber ..................................................... 80 Ilustración 57 - CUCM - Subscriber - Alta Subscriber ..................................................... 80 Ilustración 58 - CUCM - Subscirber- Instalación aplicativo ............................................ 81 Ilustración 59 - CUCM - Subscriber - Instalación aplicativo............................................ 81 Ilustración 60 - CUCM - Subscriber - Final instalación aplicativo ................................... 82 Ilustración 61 - CUCM - Configuración CUCM ................................................................ 83 Ilustración 62 - CUCM - Configuración CUCM ................................................................ 83 Ilustración 63 - CUCM - Call manager group .................................................................. 84 Ilustración 64 - CUCM - Integración LDAP ...................................................................... 85 Ilustración 65 - CUCM - Translation Pattern................................................................... 86 Ilustración 66 - CUCM - Voice Mail Pilot......................................................................... 87 Ilustración 67 - CUC - Phone System .............................................................................. 87 Ilustración 68 - CUP - SIP Profile ..................................................................................... 88 Ilustración 69 - CUP - Trunk SIP ...................................................................................... 89 Ilustración 70 - CUP - Nuevo Gateway ........................................................................... 89 Ilustración 71 - CUP - Configuración servidor de presencia ........................................... 90 Ilustración 72 - CUCM - Integración Exchange ............................................................... 90 Ilustración 73 - Estudio de red. (Fuente: http://www.planit.com.co/news/6/Ancho-debanda-utilizado-por-VoIP) .............................................................................................. 91. 4.

(11) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial Ilustración 74 - Gateway - Dial-Peer. [CISCO.DIALPEER 15] ........................................... 92. 5.

(12) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. 6.

(13) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. RESUMEN El desarrollo de las redes IP ha marcado un creciente interés por unificar todas las comunicaciones sobre una misma infraestructura aprovechando así el cableado existente. Con esta idea nació la tecnología conocida como VoIP (Voice Over Internet Protocol) que consiste en la trasmisión de la voz sobre paquetes IP. El objetivo principal de este proyecto es el diseño e implementación de una infraestructura de voz sobre IP que utilice una red de datos existente. La primera parte del proyecto estará formada por un estudio detallado de los factores que influyen en esta tecnología: codecs, protocolos y otros factores a tener en cuenta. Tras esta parte, aprovechando la experiencia adquirida durante casi tres años en una empresa integradora de servicios, se realizará un caso de estudio en el que, bajo las premisas impuestas por un supuesto cliente, se diseñará una solución que cumpla todos los requisitos y aporte un valor añadido sobre el sistema de telefonía que posee el cliente. El diseño de la mejor solución se hará utilizando productos del fabricante Cisco Systems y, además del coste económico, se valorarán los esfuerzos personales que costará montar dicha solución, incluyendo un valor añadido como es el dotar de buzón de voz y mensajería a todos los usuarios. La última parte del caso de estudio consistirá en la implementación de la infraestructura anteriormente diseñada adquiriendo conocimientos sobre virtualización de servidores utilizando productos de la compañía VMWare (especialista en virtualización), instalación y parametrización de aplicativos de Cisco y, finalmente, la interconexión con la red pública a través de gateways para poder hacer llamadas al exterior. El proyecto finalizará con la presentación de unas conclusiones finales y la exposición de unas líneas futuras de trabajo.. 7.


(15) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. ABSTRACT The IP network development has marked a growing interest in unifying all communications over the same infrastructure taking advantage of the existing wiring. From this idea, a technology was born known as VoIP (Voice Over Internet Protocol) which consists of the transmission of voice packets over the IP network.. The main goal of this project is the design and implementation of a VoIP infrastructure for transmitting voice packets over the existing wired network infrastructure on the client.. The first part of the project will consist of a detailed study of the factors influencing this technology: codecs, protocols, and other factors to consider. After this part, drawing on the experience gained during nearly three years in an integrated services company, a case study will be made under the premises imposed for a supposed client. A solution that serves all the requirements will be designed and provide an added value on the customer’s telephone system.. The design of the best solution will be done using Cisco Systems products and besides the economic cost of the whole solution, the personal effort cost will be valued. The added value named before will be provided with two important applications such as voice mail and instant messaging for all users.. The last part of the case study will consist in the implementation of an infrastructure designed to acquire knowledge about virtualization, using VMWare company products (specialist in virtualization), installation and configuration of applications from Cisco Systems and finally the interconnection with the public network through gateway routers in order to make external calls.. The project will end with the presentation of final conclusions and exposing future working lines.. 9.


(17) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. 1 INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS 1.1 FUNDAMENTOS DE LA TELEFONÍA IP Hasta hace unos años en los entornos empresariales se mantenían dos infraestructuras independientes de para la red de la compañía. Una de ellas para la comunicación de los datos, red IP, y una para la transmisión de la voz, la cual, era inicialmente analógica. El perfeccionamiento de las redes IP, el desarrollo de las técnicas para la digitalización de la voz, así como mecanismos de control de flujo y priorización de tráfico, originó la posibilidad de la transmisión de voz a través de la red de datos con una calidad adecuada. A esta tecnología se le conoce como VoIP (Voice over Internet Protocol). Debido a lo expuesto anteriormente, se consiguió cambiar el concepto de comunicación, anteriormente, conmutación de circuitos (reserva un canal de extremo a extremo) convirtiéndose en conmutación de paquetes. El concepto original es sencillo: transformar la voz en paquetes de información manejables por una red IP que ayudadada por otros protocolos de comunicación, y la reserva del ancho de banda, se pueda garantizar una buena comunicación. Para transformar la voz en paquetes IP es necesario que pase por un proceso de digitalización. Este proceso consiste en transformar la voz en señales PCM (Pulse Code Modulation) por medio del codificador de voz (códec). Estas muestras PCM pasan un algoritmo de compresión, el cual comprime la voz y la fracciona en paquetes IP. Tras su compresión son enviadas a través de la red. En la Ilustración 1 podemos ver un ejemplo de una conversación extremo a extremo de una comunicación utilizando VoIP. FLUJO. Códec Conversión Analógico a PCM. Algoritmo de Compresión PCM a Trama. Algoritmo de Descompresión. Trama a PCM. Códec Conversión de PCM a Analógico. Ilustración 1 - Flujo de codificación / decodificación. La conexión entre el mundo analógico y el mundo IP, en cuanto a telefonía se refiere, se realiza mediante unos dispositivos que se llaman gateways. Estos equipos realizan la codificación del tráfico que viene encapsulado en un paquete IP para que se transmita a la PSTN (Public Switched Telephone Network) y viceversa.. 11.

(18) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. 1.2 OBJETIVOS Y ALCANCE DEL PROYECTO El crecimiento experimentado por los servicios de telefonía sobre IP en el ámbito empresarial ha abierto una oportunidad de negocio para las empresas integradoras de servicios. Desde la experiencia que he adquirido trabajando en una de ellas durante casi tres años, se va a explicar el proceso de preparación así como de implementación de una solución de telefonía IP complementada con buzón de voz y mensajería instantánea, todo ello con equipamiento del fabricante Cisco Systems. Con la realización de este proyecto se pretende profundizar en esta tecnología, así como explicar el proceso de diseño e implementación de una infraestructura sobre un caso real. Para este supuesto se partirá de unas premisas impuestas por un cliente ficticio, se diseñará una solución y posteriormente se implementará. Otros objetivos que se adquirirán: Ampliación de los conocimientos a nivel de protocolos, complementando los adquiridos en la carrera. Conocimientos de virtualización, ya que la infraestructura se implementará sobre aplicativos virtualizados. Conocimiento de equipamiento de red, conmutadores, enrutadores,… Marcar líneas de trabajo futuras a partir de los resultados obtenidos y planteamiento de una evolución.. 1.3 ORGANIZACIÓN DE LA MEMORIA El proyecto comienza con esta introducción al propio proyecto y otra orientada a la tecnología que vamos a utilizar. Tras la parte inicial, tenemos una parte teórica, englobada en el apartado 3, en la que se describen los aspectos técnicos de la VoIP incluyendo protocolos de señalización así como descripción de funcionamiento de diferentes códecs. Por otro lado, en el apartado 4 se explica cómo sería la implementación de un sistema de telefonía IP en un entorno empresarial utilizando, principalmente, tecnología del fabricante Cisco Systems. Para finalizar, se detallarán las conclusiones obtenidas tras la realización del proyecto así como unas posibles líneas futuras. 12.

(19) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. 2 INTRODUCIÓN A LA VOZ SOBRE IP (VoIP) Existen dispositivos de interconexión (gateways) que dependiendo de cómo esté montada la red pueden ser utilizados cómo codificadores. Estos equipos permiten la interconexión entre las redes de datos y la PSTN (Public Switched Telephone Network). Los gateways poseen dos tipos de tarjetas dependiendo de cómo tenga que ser la conversión. FXS (Foreign Exchange Station) para teléfonos dentro de redes IP y FXO (Foreign Exchange Office) si el teléfono está conectado a la PSTN.. Ilustración 2 - Puertos FXS / FXO. En la Ilustración 2 mostramos un ejemplo de cómo serían las conexiones incluyendo una centralita analógica que tendría puertos FXO para conectarlos con los puertos FXS que proporciona la compañía, y puertos FXS para conectar los teléfonos analógicos. Para el caso que estamos abordando en el proyecto, el esquema sería el siguiente (Ilustración 3):. Ilustración 3 - FXO Gateway. En este caso en el interior de la compañía habría tráfico IP y en el Gateway se haría la conversión a analógico. Todo lo antes mencionado, junto con la expansión de las redes de banda ancha ha hecho que la VoIP despegara definitivamente, sobre todo en los entornos empresariales.. 13.

(20) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. 2.1 HISTORIA DE LA VoIP La historia de la VoIP es más o menos reciente, comenzó como resultado del trabajo de jóvenes Israelís durante 1995. Esta comunicación era de PC a PC. Más tarde, Vocaltec, proveedor Israelí de equipamiento de telecomunicaciones, lanzó el primer softphone llamado “Internet Phone Software”. En 1997, Jeff Pulver consiguió juntar a varios usuarios, fabricantes, y personas interesados en esta tecnología en VON, el mayor evento anual de VoIP. En 1998, un grupo de emprendedores comenzó a fabricar los primeros adaptadores de teléfonos analógicos (ATA) y Gateways que permitían la comunicación desde un ordenador_a teléfono convencional (PSTN) y también teléfono convencional a otro mediante el uso de convertidores en cada extremo. En 1999 la empresa Cisco vende sus primeras plataformas corporativas para VoIP, principalmente utilizaban el protocolo de señalización H.323, convirtiéndose en la primera empresa que comercializa este tipo de soluciones. En el año 2000, el estudiante Mark Spencer de la Universidad de Auburn, crea Asterisk, la primera central telefónica basada en Linux con un código fuente abierto. En 2002 surge el protocolo de señalización SIP y este comienza a desplazar a H323. Ya en 2003, unos universitarios, Jan Friis y Niklas Zenntrom, crearon un softphone gratuito fácilmente instalable en cualquier PC que puede atravesar todos los firewalls y routers, inclusive los corporativos, Skype. Este software se caracteriza por utilizar un protocolo propietario que permite la compresión para mejorar la calidad de la voz. En los últimos años, el sector de las comunicaciones ha crecido notablemente debido a los avances tecnológicos, haciendo que la VoIP sea una de las tecnologías que se han visto más beneficiadas.. 2.2 ESTADO ACTUAL Y EVOLUCIÓN DE LA VoIP Las estimaciones del volumen total del mercado de la VoIP son muy variables. Resulta difícil cuantificar el número de abonados a servicios VoIP, o los minutos de tráfico, porque forman parte de una migración general hacia los servicios basados en el IP. Lo que sí está claro, en cambio, es que los abonados, los ingresos y el tráfico del mercado VoIP están creciendo rápidamente en todo el mundo como podemos ver en la Ilustración 4. Un estudio publicado en la web stadista.com (http://www.statista.com/statistics/267183/forecast-for-the-worldwide-voip-traffic/) demuestra que el uso de la VoIP está creciendo y lo seguirá haciendo.. 14.

(21) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. Ilustración 4 - Volumen de tráfico mundial para servicios de VoIP (Fuente: [stadista.com]). El volumen de negocio generado por el mercado de VoIP superará previsiblemente los 377.000 millones de dólares en 2016. Los estudios prevén que los Smartphone y las tabletas serán los medios más utilizados para las comunicaciones VoIP. Actualmente se está migrando a lo que se conoce como comunicaciones unificadas (CU) que consiste en la unión de los servicios de telefonía, mensajería unificada (correo electrónico, buzón de voz y fax), mensajería instantánea corporativa, conferencias web y presencia (estado de disponibilidad del usuario). Ver Ilustración 5.. Ilustración 5 - Comunicaciones Unificadas (Fuente: http://mundocontact.com). 15.

(22) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial La mejora en el tiempo de respuesta de los empleados, la movilidad, la flexibilidad y la productividad son los factores de más peso ante este crecimiento de las comunicaciones unificadas en la empresa. En cuanto a empresas, Cisco es el fabricante con mayor número de dispositivos seguido de Microsoft e IBM.. 2.3 VENTAJAS DE LA VoIP Llegados a este punto, la cuestión era por qué cambiar la telefonía analógica. Las ventajas de la VoIP son: Reducción de costes:  Reducción de precios de los equipos de red de datos y supresión de la necesidad de adquirir equipamiento telefónico.  Reducción de precio en el alquiler de líneas.  Reducción de costes de mantenimiento, menos equipos y menos personal para su mantenimiento. Desarrollo y provisión de servicios de valor añadido:  Mensajería unificada: e-mail junto con aplicaciones de voz.  Soluciones de comercio electrónico.  Soporte de aplicaciones multimedia, teniendo la posibilidad de ofrecer vídeo-conferencia, vídeo streaming, compartición de datos … Implementación de servicios propios que antes eran ofrecidos por el proveedor de servicios:  Identificación de llamadas.  Servicio de llamada en espera.  Transferencia de llamadas  Repetición de llamada.  Devolver última llamada.  Llamada a tres.  Envío de llamadas directamente al buzón de voz.  Mostrar mensaje de fuera de servicio. La ventaja principal es la reducción de costes, pero como hemos visto hay muchas más ventajas.. 16.

(23) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. 3 DESCRIPCION DE LOS ASPECTOS TECNOLÓGICOS 3.1 PROTOCOLOS DE SEÑALIZACIÓN En los últimos años, los protocolos de señalización para el servicio de transmisión de voz han experimentado una evolución, como hemos comentado anteriormente, debido a la tendencia a trasportar el tráfico que antes se transmitía mediante conmutación de circuitos a redes de conmutación de paquetes. Esta tendencia se refleja con la fuerte evolución de estándares en este ámbito y la aparición de productos en el mercado para cubrir las necesidades de operadores y empresas. Esta tendencia se verá incrementada durante los próximos años a raíz de la aparición de nuevos protocolos y la concentración de esfuerzos que se está realizando. En los puntos posteriores se estudiarán las diferentes arquitecturas capaces de soportar la señalización de la tecnología VoIP: H.323, SIP, SCCP y MGCP, precedidos de un breve resumen de los mecanismos de señalización en redes telefónicas clásicas (SS7). [SEÑALIZACION 14].. 3.1.1 SEÑALIZACIÓN EN REDES TELEFÓNICAS CLÁSICAS Durante el siglo XX, la señalización sobre redes de conmutación de circuitos experimentó una gran evolución debido a la expansión que se produjo de éstas durante este periodo. A mediados de siglo, con la llegada de centrales digitales, se consigue conmutar de octeto a octeto los canales de 64 kb/s. Estas centrales estaban compuestas por procesadores que utilizaban un protocolo de señalización para poder comunicarse con otras centrales localizadas en otras zonas. Estos protocolos controlaban ciertos octetos de la trama TDM que estaban asignados a la señalización y la alineación. El avance vino cuando se paquetizó las señales y se aplicó una tecnología de conmutación de paquetes. Aunque en la actualidad se está migrando toda la parte interna de la red telefónica a conmutación digital, aún siguen quedando partes en analógico así como la parte del usuario final. El sistema de señalización de red que ha soportado esta evolución con gran flexibilidad es el Sistema de Señalización por canal común nº 7 (SS7). SS7 es una arquitectura de protocolos de señalización completa en la que la información se transporta mediante mensajes. [SS7 15]. Se encarga del establecimiento de una. 17.

(24) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial llamada, intercambio de información de usuario y enrutamiento de llamada. Las características esenciales de este sistema son: En SS7 podemos distinguir dos redes independientes: Una dedicada al tráfico de datos de usuario y otra, independiente, para la señalización. El direccionamiento utilizado para las dos redes está definido por la ITU-T. Es un sistema de señalización por canal común. Esto significa que existe un canal que transporta la señalización de varios canales de voz. Este factor es un avance sobre los protocolos de señalización existentes hasta el momento. En este mismo canal se transporta la información de establecimiento, liberación y supervisión. Como podemos ver en la Ilustración 6, es una arquitectura de protocolos estructurada en cuatro niveles.. Ilustración 6 - Pila de protocolo SS7 frente al modelo OSI (Fuente: http://as-ss7.blogspot.com.es/). 3.1.2 H.323 Es un estándar creado por el grupo de estudio 16 de la ITU-T en 1996 que describe las especificaciones para la transmisión de voz, vídeo y datos multimedia a través de una misma red de conmutación de paquetes [H.323 14]. Este protocolo fue rápidamente adoptado ya que apareció en el momento en el que estaban empezando a desarrollar infraestructuras que requerían la transmisión de datos y voz. Con esta familia de protocolos se conseguía reducir el cableado notablemente. En este estándar se definen los componentes involucrados, que veremos más adelante, así como los flujos de. 18.

(25) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial información. Este protocolo es punto a punto, donde son los puntos finales quienes inician las sesiones.. 3.1.2.1 Arquitectura de H.323 El protocolo H.323 en cuanto a arquitectura está formado por cuatro componentes que proporcionan servicios de comunicación multimedia puto a punto y punto a multipunto. Estos componentes son: Terminales H.323: Es un punto final de la red que proporciona en tiempo real una comunicación bidireccional con otro terminal H.323, pasarela o Unidad de Control Multipunto (MCU). El terminal puede ser un PC o un dispositivo independiente. Pasarela H.323 (Gateway): Es un elemento de la red H.323 que permite la interoperación de los terminales H.323 con terminales de otras redes que no sean H.323. Un Gateway (GW) puede conectarse con terminales H.323 u otros GWs. Esta conectividad se logra mediante la adaptación de diferentes protocolos y la conversión entre los flujos de información. El GW debe tener al menos dos interfaces, realizando funciones de adaptación y convergencia entre ambos. Unidad de control multipunto (MCU): Es el elemento funcional de la red H.323 que permite las comunicaciones multipunto. La MCU está divida en dos partes: el controlador multipunto (MC) que proporciona capacidad de negociación y control de los miembros de los grupos, y el procesador multipunto (MP) que realiza las funciones de mezcla de medios. La funcionalidad de MCU puede ser integrada en un terminal H.323. GateKeeper (GK): El GateKeeper es el elemento más importante de la red, proporciona servicios al resto de elementos de la red H.323. Las funciones de este elemento son: mantener el registro de los puntos finales, control de admisión, proporcionar la traducción entre el número y la dirección IP, control de zonas, servicios de directorio, control del ancho de banda, generar CDRs, filtrar y redirigir llamadas. En la Ilustración 7 podemos ver agrupados todos los elementos de una arquitectura H323.. 19.

(26) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. Ilustración 7 – Elementos que componen una red H.323. 3.1.2.2 Protocolos H.323 H.323, como podemos ver en la Ilustración 8, está dividido en varios protocolos:. Ilustración 8 - Pila de protocolos H.323. 20.

(27) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial Cuando se definió H.323, algunos protocolos como RTP (Real Time Protocol) y RTCP (Real Time Control Protocol) ya existían, aunque se adaptó su funcionamiento. Otros como H.225 y H.245 derivaron del ITU-T H.320, H.221 y H.242 y otros, como RAS, se diseñaron para H.323. Cada protocolo tiene como objetivo ofrecer un servicio para las capas superiores: Direccionamiento: RAS (Registration, Admission and Status): protocolo de señalización que se utiliza entre los diferentes componentes de la arquitectura. El canal RAS se abre antes de cualquier otro canal y es independiente de los canales para el establecimiento de la llamada y el transporte de la comunicación. Señalización: H.225.0: protocolo que describe cómo el audio, los datos y la información de control, en una red de conmutación de paquetes, pueden ser usados para proporcionar servicios telefónicos. Se encarga de la señalización de las llamadas. Los mensajes H.225.0 siguen el estándar Q.931 y son del tipo:  SETUP: Enviado por la entidad llamante, para establecer una llamada.  CALL PROCEEDING: Enviado por la entidad llamada para indicar que se han iniciado los procesos de la llamada. Desde ese momento no aceptará más información de establecimiento.  ALERTING: Enviado por la entidad llamada para indicar que está sonando el “ring”.  PROGRESS: Indicador del progreso adecuado de la llamada.  CONNECT: Enviado por la entidad llamada para indicar que se ha respondido a la llamada. Puede contener información de la conexión H.245.  RELEASE COMPLETE: Enviado por la entidad que termina la llamada. Indica la causa de desconexión.  FACILITY: Un mensaje Q.932 utilizado para confirmar o solicitar servicios suplementarios. En la Ilustración 9 podemos ver el flujo de mensajes H.225 entre dos puntos finales. H.245: protocolo de control para especificar mensajes de apertura y cierre de canales lógicos para comunicaciones de voz, para realizar las negociaciones de los parámetros y establecer conexiones UDP. Los mensajes de este protocolo incluyen: peticiones, respuestas, comandos y mensajes de iniciación.. 21.

(28) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. Ilustración 9 - Intercambio de paquetes H.225. Información de audio: Todos los terminales deben soportar códec G.711. También pueden utilizarse cualquiera de los codecs de la familia G.7xx estandarizados por la ITU-T. Transporte de paquetes: UDP: normalmente, la transmisión de los paquetes de datos de VoIP se transmite sobre UDP debido a los beneficios que obtiene el tráfico de voz al no tener control de flujo ni retrasmisiones este protocolo. RTP: protocolo que proporciona funciones de transporte convenientes para las aplicaciones que transmiten en tiempo real. Añade información de control para un reordenamiento de los paquetes en caso de que sea necesario. Control de la transmisión: RTCP: Se utiliza principalmente para detectar congestión de tráfico en la red y toma de decisiones. Se basa en la transmisión periódica de paquetes de control a los participantes de la sesión. Servicios suplementarios: Mediante los protocolos de la familia H.450.x se ofrece servicios como la llamada en espera, intrusión de llamada, etc.. 22.

(29) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. 3.1.2.3 Intercambio de mensajes en H.323 Para llevar a cabo el proceso de señalización, hay 5 pasos que tiene que seguir los dos extremos: establecimiento/finalización, negociación de capacidades, establecer los canales de audio, llevar a cabo la llamada y liberación. Establecimiento / finalización: Como hemos comentado anteriormente, para iniciar la llamada se hace uso del protocolo H.225. Durante este paso, cada extremo tiene constancia del estado en que se encuentra la llamada, a través de los mensajes definidos en el protocolo H.225 (descritos anteriormente):  En proceso: el terminal origen está intentando establecer una conexión con el terminal de destino.  Alerta: El extremo receptor está siendo notificado de que alguien está intentando alcanzarle. Suena el “ring”.  Conectar: el receptor ha aceptado la llamada, en este punto se intenta establecer un canal de audio o vídeo.  Liberar: Se produce cuando uno de los extremos ha señalizado el final de la llamada. Tras esto se produce el proceso de finalización. Negociación de capacidades: Después de establecer la llamada, utilizando el protocolo H.245 se negocia los requerimientos de aplicación de la llamada y se selecciona un códec adecuado. Mediante H.245 se determina:  Qué tipo de aplicación multimedia se puede soportar: audio, vídeo y otras.  Cuáles son los codecs disponibles para cada terminal y cuáles son sus preferencias.  Cómo los canales serán estructurados y qué tipo de intervalo será usado.  Qué terminal jugará el papel de maestro y cuál de esclavo durante la duración de la llamada. En otras palabras quien actuará de servidor y quien de cliente durante el proceso de señalización.  Cómo debe notificarse al terminal que inició la llamada si la negociación falla. Establecer canales de audio/vídeo: Tras la negociación de capacidades, un flujo de paquetes RTP, encapsulados sobre paquetes UDP se transmitirá por la red IP de acuerdo a las negociaciones del punto anterior.. 23.

(30) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial Durante la llamada: Una vez la llamada está en curso, se produce un intercambio de paquetes RTP que es donde va encapsulada la voz de los interlocutores. Liberación: Al final la llamada, H.225 pasa al estado de liberación, señalizando a los canales de comunicación y a la sesión H.245 de negociación de capacidades.. Mediante la Ilustración 10 vamos a ver el proceso de señalización que tiene lugar cuando un terminal intenta establecer una llamada utilizando H.323 vía gatekeeper:. Ilustración 10 - Señalización H.323. 1. El llamante envía una petición de admisión, ARQ, al gatekeeper correspondiente, indicando la dirección del terminal con el que quiere establecer la llamada. Este mensaje pertenece al protocolo RAS. 2. El gatekeeper contesta con una confirmación ARQ (ACF). Confirma al llamante que se ha recibido la petición. 3. El llamante envía un mensaje H.225 de establecimiento de llamada al extremo de la llamada. 4. El llamado envía un mensaje de “Call Proceeding”. Es un mensaje provisional antes de la verificación de la autenticidad del llamante. 5. El llamado envía al gatekeeper un mensaje “Called Party ARQ Admision Request” para verificar al llamado.. 24.

(31) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial 6. El gatekeeper comprueba la identidad con la petición de registro del llamante. Si es correcto envía al llamado un mensaje de “Called Party ACF”, dando paso al que el llamado comience a sonar. 7. El receptor, una vez recibe el paquete, envía un mensaje H.225 de “Alerting” indicando al llamado que el receptor está sonando. 8. Una vez el receptor conteste a la llamada, envía un mensaje H.225 de “Connect” al llamado y a partir de aquí, H.245 comienza a negociar.. 3.1.3 SIP (Session Initiation Protocol) Session Initiation Protocol (SIP) es un protocolo de señalización de nivel de aplicación que fue desarrollado por el grupo de trabajo MMUSIC del IETF y actualmente se encuentra recogido en la RFC 3261. Este protocolo permite crear, modificar y terminar sesiones multimedia entre uno o más participantes en redes IP, soportando mecanismos de establecimiento, modificación y finalización de llamada. Uno de los objetivos del grupo de trabajo MMUSIC es desarrollar recomendaciones relacionadas con el soporte de conferencias. Desarrolló mecanismos para informar a los usuarios acerca de las sesiones existentes en la red, requisitos de los medios, direcciones, etc. Existen dos modos básicos de identificar y participar en sesiones multimedia: Mecanismo de anuncio y mecanismo de invitación. Al igual que en H.323, SIP se enfrentaba a proporcionar una interconexión con terminales y servidores de distintas capacidades. SIP, por el contrario que H.323, utiliza cabeceras de gran longitud y codificadas en texto plano, lo que permite, solucionar los problemas de forma más cómoda. Del tipo de mensajes hablaremos más adelante. En la Ilustración 11 podemos ver los protocolos que intervienen en SIP.. 3.1.3.1 Arquitectura de SIP SIP utiliza un modelo cliente/servidor y tanto los servidores como los puntos finales de una comunicación, se conocen como “nodos”. Un teléfono SIP, nodo, puede comunicarse con cualquier otro nodo para establecer sesiones multimedia.. 25.

(32) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial La configuración más habitual es la de contemplar servidores SIP, a los que el resto de nodos notifican su estado, se registran. De esta forma, los elementos funcionales que existen en esta arquitectura son:. Agentes de Usuario (UA): Los agentes de usuario son aplicaciones que residen dentro de los nodos SIP. Debe implementar el transporte tanto sobre TCP como UDP. Contienen dos componentes:  Agentes de Usuario Clientes (UAC): Originan peticiones SIP.  Agentes de Usuario Servidores (UAS): Responden a las peticiones de los UAC. Originan respuestas SIP asociadas al extremo que recibe la llamada. Servidores de señalización: Existe varios tipos de servidores SIP, éstos se clasifican acorde a un puto de vista lógico y son: Servidores de redirección, Servidores Proxy y Servidores de registro:  Servidores de redirección: Se encarga de procesar solicitudes SIP emitidas por la parte originadora de llamada y retornan la dirección de la parte llamada. La llamada se puede rechazar enviando un mensaje de error. Cuando un servidor SIP responde a la solicitud de inicio de comunicación, con una respuesta 3xx, el servidor SIP está redireccionando hacia otro servidor. En este caso el nodo tiene que contactar con el nuevo servidor mediante otra solicitud.  Servidores proxy: Es un servidor intermedio. Ejecuta diferentes programas dependiendo de quien reciba la petición. Desde el punto de vista del llamante actúa como un servidor y desde el punto de vista del receptor como un cliente. Los servidores proxy reenvían las solicitudes hasta el punto final, nunca generan mensajes SIP nuevos.  Servidores de registro: Se encargan de registrar las direcciones SIP, formato URL y sus direcciones IP asociadas. Es decir, se encargan de mapear las direcciones SIP con su correspondiente dirección IP. Estos servidores son los que luego consultarán los servidores proxy.. 26.

(33) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. Ilustración 11 - Pila protocolos SIP. 3.1.3.2 Formato de los mensajes SIP Los mensajes de señalización SIP emplean un formato de mensaje genérico establecido de la RFC 822. El formato lo podemos ver en la Ilustración 12:. Ilustración 12 - Formato mensaje SIP. 27.

(34) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial Las solicitudes o peticiones SIP se clasifican en categorías, éstas son llamados métodos. Cada método tiene una función determinada en la arquitectura SIP. LA RFC 3261 define 6 métodos:. INVITE: Se utiliza para establecer sesiones y anunciar las capacidades del nodo SIP. ACK: Confirma que el cliente solicitante ha recibido una respuesta final desde un servidor a una solicitud INVITE. OPTIONS: Se utiliza para preguntar a un nodo SIP sus capacidades, antes de que se establezca ningún canal multimedia. BYE: Una vez está establecida la llamada, se utiliza para anunciar que un extremo ha decido finalizar la llamada. CANCEL: Sirve para cancelar una solicitud pendiente antes de que se complete la solicitud que se intenta cancelar. REGISTER: Se utiliza para solicitar el registro de un usuario a un servidor SIP de registro.. Existen extensiones de SIP que definen nuevos métodos, algunos ejemplos son: INFO: Este método permite enviar señales de aplicación por el canal de señalización. PRACK: Es utilizado en lugar de ACK para notificar al otro extremo que se está estableciendo una llamada. SUBSCRIBE: Proporciona una manera de establecer manejadores de eventos dentro de las aplicaciones SIP.. 28.

(35) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial NOTIFY: Es utilizado para entregar eventos ocurridos durante la llamada entre extremos SIP. Por otro lado, se encuentran las respuestas. Cuando se produce algún evento, se envía un mensaje. Cada mensaje de respuesta tiene 3 dígitos y una descripción, se clasifican de la siguiente forma: 1xx: Aun no se ha terminado la transacción. Es de carácter informativo. 2xx: Éxito. La solicitud ha sido atendida de forma exitosa. 3xx: Respuesta de redirección. Se complementa con información acerca de dónde enviar de nuevo la petición. 4xx: Error del cliente. Sintaxis errónea. 5xx: Error del servidor. El servidor no ha podido resolver la solicitud. 6xx: Fallo global. Ningún servidor pude resolver la solicitud. Como se puede comprobar, estos mensajes de respuesta siguen una estructura similar a la utilizada por HTTP.. 3.1.3.3 Intercambio de mensajes SIP Se explicará mediante un ejemplo el proceso de intercambio de mensajes SIP. En este ejemplo se mostrarán tanto las peticiones (métodos) como las respuestas. Los diferentes flujos de información los podemos observar en la Ilustración 13.. 29.

(36) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. Ilustración 13 - Intercambio mensajes SIP. (Fuente: http://www.voipforo.com/SIP/SIPejemplo.php). La parte roja pertenece al registro. Por un lado se registra el Usuario A y por otro el Usuario B. Para registrarse utilizan métodos REGISTER. Los dos reciben la confirmación de que se ha producido el registro. En este caso, el servidor Proxy actúa también como servidor de Registro (o Registrar). En la parte verde se produce el establecimiento de la sesión SIP. El Usuario A envía un INVITE al servidor Proxy, éste hace dos cosas, envía un mensaje del tipo 1xx al Usuario A y retransmite hacia el Usuario B el mensaje INVITE. Por su parte, el Usuario B, una vez recibido el mensaje de INVITE, envía un RINGING 180 cuando el teléfono empieza a sonar. El servidor Proxy retransmite el mensaje de RINGING. Una vez el usuario B descuelga, se envía hacia el proxy un OK 200 que éste retransmite al Usuario A. La parte azul corresponde a la llamada propiamente dicha. En este caso se utiliza el protocolo RTP. La parte morada representa la finalización de la llamada. En este caso el Usuario A decide colgar la llamada y se envía un mensaje de BYE hacia el servidor Proxy.. 30.

(37) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial Éste la retransmite hacía el Usuario B que contesta con un mensaje OK 200 que significa que ha recibido el mensaje de BYE.. 3.1.4 SCCP (Skinny Call Control Protocol) Es un protocolo propietario que fue desarrollado por Selsius Corporation, pero ahora pertenece a Cisco Systems, que es utilizado para el control de terminales. SCCP se compone de un conjunto de mensajes entre un terminal SCCP y el gestor de llamadas (CallManager). Inicialmente, fue diseñado para responder a eventos sobre puntos finales hardware con pequeños recursos de procesamiento. Skinny, como es conocido este protocolo es un protocolo ligero que permite la conexión con el gestor de llamadas mediante la pila de protocolos TCP/IP. Para el tráfico de datos en tiempo real utiliza la pila RTP/UDP/IP. Este protocolo hace que los Call Manager de Cisco funcionen como proxy de señalización para llamadas iniciadas mediante otros protocolos de señalización (H.323, SIP,..).. 3.1.5 MGCP (Media Gateway Control Protocol) MGCP es un protocolo de la capa de aplicación que se encarga del control de los gateways. En este protocolo se definen las reglas mediantes las cuales un Gateway (maestro) es capaz de controlar a un Gateway (esclavo). El punto fuerte de este protocolo es la centralización de la administración en un solo Gateway y como consecuencia una gran escalabilidad. Estos dos tipos de gateways están definidos en el protocolo de la siguiente manera: Media Gateway (MG): Este es equipo esclavo, es en este tipo de equipos donde se conectan los puntos finales, y cada vez que ocurre cualquier evento es necesario informar al otro tipo de equipos que componen este protocolo. Media Gateway Controller (MGC): En este tipo de Gateway es donde reside la inteligencia del protocolo, este equipo tiene la funcionalidad de controlar al resto de gateways. Este protocolo no es un protocolo completo de señalización, de esta forma, es necesario un agente de llamadas externo donde resida la información de enrutado de llamadas, siendo el MG quien recibe una señal, informa a MGC y éste a su vez pregunta a este agente de llamadas. En la Ilustración 14 podemos ver un esquema de la arquitectura de este protocolo:. 31.

(38) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. Ilustración 14 - Arquitectura MGCP (Fuente: www.ixiacom.com). 3.2 CODECS Y FACTORES A TENER EN CUENTA. La transmisión de la voz a través de paquetes IP conlleva problemas que son propios de las redes de datos IP. Esta problemática produce una degradación del servicio que es apreciada por el usuario final. Aunque se detallarán en el siguiente punto, algunos ejemplos son retardos, jitter, pérdida de paquetes y el eco. Estos factores son característicos de cada uno de los codecs de audio que se utilizan en la VoIP. Dependiendo de las necesidades de la comunicación se ha de elegir uno u otro. En cuanto a los codecs existentes, aunque como en el caso anterior, en apartados posteriores se detallarán más a fondo, el códec más extendido es G711 o PCM (modulación por impulsos codificados). Este códec está estandarizado por la ITU-T en 1972. Existen otros codecs que reducen el ancho de banda necesario para su transmisión, pero como contrapartida, necesitan una mayor capacidad de procesamiento y ofrecen una calidad de audio menor. Ejemplos de estos codecs son: G726, G728 o G729.. 3.2.1 FACTORES CRÍTICOS EN VOIP Como hemos comentado anteriormente, transmitir la voz a través de una red IP conlleva los problemas propios de las redes IP. Siendo este tráfico más sensible a retardos, desorden o pérdidas de paquetes, tenemos que tener en cuenta varios factores para que la percepción del usuario final sea igual que si se tratase de una comunicación analógica. A continuación detallaremos estos factores de una manera técnica.. 32.

(39) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. Latencia: La latencia se define técnicamente en VoIP como el tiempo que tarda un paquete en llegar desde la fuente al destino. Esto implica los tiempos de procesamiento que provienen de la codificación y el empaquetado. Al igual que el Jitter, es un problema frecuente de los enlaces lentos o congestionados. El estándar G.114 recomienda que la latencia total debe ser menor a 150 ms. El oído humano es capaz de detectar latencias de unos 250 ms, 200 ms en el caso de personas bastante sensibles. Si se supera ese umbral la comunicación se vuelve molesta. Jitter: El fabricante Cisco Systems define jitter como: “El jitter se define como la variación en el retardo de los paquetes recibidos” [CISCO.JITTER 06]. Es la diferencia de tiempo ente el momento en el que se recibe un paquete y en el que se espera recibir. Este factor puede provenir de una mala sincronización de la señal de reloj, o lo que es más habitual, debido a la congestión de una red. En la Ilustración 15 podemos ver forma gráfica cómo afecta el jitter en una comunicación.. Ilustración 15 – Jitter (CISCO.JITTER 06). Según las recomendaciones, los valores de jitter menores a 100 milisegundos pueden ser corregidos, un valor mayor de jitter haría que la conversación entre dos usuarios fuera molesta. Mediantes técnicas de QoS podemos corregir este factor.. 33.

(40) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial Pérdida de paquetes: Para comunicaciones en tiempo real, el protocolo de transporte más favorable es UDP. El problema de este estándar es que es un no está orientado a la conexión y no reenvía paquetes en caso de pérdida. Además de las no retransmisiones de este protocolo, la congestión de la red así como los descartes por el llenado de los buffer de los equipos que intervienen en la comunicación puede producir pérdida de paquetes. Parte de las pérdidas de paquetes pueden asumirse, ya que mediante técnicas de reconstrucción se consigue que el usuario final no lo aprecie. Otro factor importante que juega en este aspecto es el códec utilizado, dependiendo éste se puede haber distintas tasas de pérdida de paquetes. Desde el foro de voip (http://www.voipforo.com/) apuntan que: “La pérdida de paquetes máxima admitida para que no se degrade la comunicación deber ser inferior al 1%”. Eco: El eco es un factor molesto que se produce cuando la señal de los altavoces entra en el micrófono de nuevo. La percepción del usuario es la de una señal retardada. Este factor se agrava cuando mayor sea el retardo, siendo éste mayor en VoIP que en comunicaciones tradicionales. Desde el foro de voip (http://www.voipforo.com/) nos indican los valores objetivos de eco que son apreciables por el oído humano: “El oído humano es capaz de detectar el eco cuando su retardo con la señal original es igual o superior a 10 ms. Pero otro factor importante es la intensidad del eco ya que normalmente la señal de vuelta tiene menor potencia que la original. Es tolerable que llegue a 65 ms y una atenuación de 25 a 30 dB”.. 3.2.2 MECANISMOS DE CORRECCIÓN Para evitar los factores antes explicados se emplean herramientas de Calidad de Servicio, QoS, como son la clasificación de paquetes, el uso de colas o la reserva de recursos. Clasificación de paquetes: Para clasificar los paquetes, se puede optar por marcar en el origen los paquetes VoIP en la capa 2, donde hay campos destinados a este fin. Esto se corresponde al campo User Priority de la porción 802.1p dentro del encabezado 802.1Q. 34.

(41) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial Complementariamente a esto, se pueden marcar a nivel IP, nivel 3, mediante el campo Type of Services que hay en la cabecera IP. Este campo se utiliza para indicar que el tráfico es de un determinado tipo, Servicios Diferenciados (DiffServ).. Colas: Se pude optar por el uso de diferentes colas en los switches para cada tipo de tráfico, priorizando las que sean necesarias y disminuyendo así la probabilidad de pérdida de paquetes. Reserva de recursos: La reserva de recursos puede ser tanto dinámica como fija. Hay una parte fija y otra variable. La reserva fija de recursos corresponde al establecimiento de los recursos de red acorde al diseño de la red. La reserva dinámica, como indica su nombre, se hace dinámicamente acorde a efectos como la congestión de la red. Una de las técnicas de reserva dinámica de recursos es RSVP, una vez que los terminales VoIP se registran, los equipos de red establecen unos valores que aseguran que el tráfico circule correctamente.. 3.2.3 CÓDECS Como hemos comentado anteriormente durante este proyecto, para transmitir la voz a través de una red IP es necesario digitalizar la voz. El proceso de digitalización de estas ondas analógicas a información digital se hace a través de un codificador-decodificador, códec. Existen varias formas de realizar esta conversión, aunque la mayoría de las conversiones se basan en la modulación codificada mediante pulsos (PCM). Además de la ejecución de la conversión, el códec comprime la secuencia de datos, y proporciona la cancelación del eco. La compresión de la forma de onda representada puede permitir el ahorro del ancho de banda. Esto es muy importante porque en las comunicaciones siempre hay que tener muy en cuenta la gestión del ancho de banda para poder mantener varias comunicaciones simultáneas. Otra manera de ahorrar ancho de banda es el uso de la supresión del silencio, que es el proceso de no enviar los paquetes de la voz entre silencios en conversaciones humanas. Los codecs más utilizados en las comunicaciones de voz IP son los mostrados en la Ilustración 16.. 35.

(42) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. Ilustración 16 – Algunos de los codecs más usados en VoIP [SHARAFALI 15]. En la Ilustración anterior también se presenta el algoritmo utilizado y la velocidad de transmisión, así como el organismo encargado de su estandarización. Hay relación entre la calidad de la voz transmitida y la velocidad a la que se transmite. El lector interesado puede encontrar una referencia más completa de códecs en [VOIPFORO.CODECS 15]. Existen diferentes algoritmos para la digitalización de la voz. En los siguientes párrafos nos centraremos en el más utilizado, modulación codificada mediante pulsos, que es el usado para el G.711, estandarizado por la ITU-T. Este proceso se realiza mediante tres pasos:. Muestreo: El proceso de muestreo consiste en tomar datos de una señal en determinados intervalos de tiempo. Estos intervalos tienen que ser iguales. A los valores obtenidos se les considera muestras, en la Ilustración 17 podemos ver una explicación gráfica de este proceso.. 36.

(43) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. Ilustración 17 - Muestreo de una señal analógica. El intervalo en el que se toman las muestras da lugar a la frecuencia de muestreo, ésta es la inversa del tiempo entre muestras consecutivas. Para este tipo de comunicaciones se está utiliza una frecuencia de muestreo de 8.000 Hz, esto da lugar a un tiempo entre muestras de 125 microsegundos.. Cuantificación: El proceso de cuantificación es el que encarga de asignar valores discretos a las muestras obtenidas en el proceso anterior. Aunque existen varios procesos de cuantificación, explicaremos sólo el proceso de cuantificación uniforme. Este proceso consiste en representar los valores obtenidos en el proceso de muestreo dentro de un rango finito de valores discretos, para ello se divide en intervalos iguales la amplitud de la señal y se asigna el valor discreto más próximo. Este proceso lo podemos ver gráficamente en la Ilustración 18. Este tipo de cuantificación introduce un error, ya que lo que estamos haciendo es una aproximación de la señal. Existen dos formas de corregir este problema: aumentando el número de valores de amplitud (cuanto más valores menos error) o utilizando cuantificaciones no uniformes (los valores de amplitud no son uniformes).. 37.

(44) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. Ilustración 18 - Cuantificación de una señal. (Fuente: http://www.voipforo.com/codec/codec-g711--ley.php). Codificación: Mediante el proceso de codificación transformamos la muestra cuantificada en un número binario. Para esto utilizamos dos leyes: continuas o de segmentos. Para los codecs de audio se suele utilizar la técnica de codificación de segmentos, el códec G.711 (uno de los más usados para audio) utiliza este tipo de codificación. Este protocolo utiliza dos leyes: la ley A, utilizada en sistemas PCM europeos, y la ley µ, que se utiliza en los sistemas PCM americanos. En la siguiente Ilustración, la 19, podemos ver cómo se divide la señal en 13 tramos (en la definición de la ley son 16, pero los segmentos centrales tiene la misma pendiente).. Ilustración 19 - Codificación Ley A. (Fuente: http://www.voipforo.com/codec/codec-g711--ley.php). 38.

(45) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial. 4 CASO DE ESTUDIO 4.1 REQUISITOS DEL CLIENTE En el caso que vamos a abordar, a través de nuestro departamento comercial, llega una oportunidad de negocio que consiste en la actualización, por obsolescencia, de una centralita analógica de telefonía. Tras una primera toma de contacto, se realiza programa una reunión con el cliente en el que nos indican lo siguiente: El cliente requiere una nueva centralita de voz que le aporte más funcionalidades de las que actualmente tiene, de igual manera nos explica que su empresa está repartida en 3 delegaciones separadas geográficamente, una sede principal y dos secundarias. La empresa está compuesta por 700 empleados los cuales tienen que tener teléfono. Al cliente le gustaría utilizar cableado existente para no tener que recablear todas sus oficinas y mantener la actual salida a la red pública a desde cada una de las sedes como lo tiene actualmente. El cliente enfatiza que, para el desempeño de su labor, es muy importante la fiabilidad y la disponibilidad del servicio de telefonía. Como punto final nos indica que para que el proyecto sea viable, la nueva infraestructura debe suponer un ahorro económico sobre lo que tienen actualmente.. 4.2 DESCRIPCION GENERAL DE LA SOLUCIÓN Con estos datos, aun a un alto nivel, se decide preparar una oferta de telefonía IP, para cumplir la premisa de nuevas funcionalidades. Como inconveniente, el cableado existente de telefonía analógica no se puede utilizar. Frente a este punto, se le ofrece al cliente, integrar su infraestructura de red de datos con la telefonía. Para ello se le hará un estudio de viabilidad. En la oferta de una centralita de VoIP, se le ofrece como valor añadido que, mientras se mantenga conectividad IP entre sus sedes, la gestión de todas las extensiones se realizará sobre un mismo punto independientemente de la localización. Como punto de mejora sobre el escenario actual que tienen se decide ofrecer servicios de movilidad, con los que un empleado puede mantener su número de teléfono de forma independiente a su puesto de trabajo, servicios de mensajería instantánea y buzón de voz, en el que el empleado puede ser consciente de que tenga un mensaje nuevo mediante un correo electrónico. 39.

(46) Diseño e implementación de una solución de VoIP en un entorno empresarial La solución tiene la posibilidad de una integración total con el directorio activo, es posible unificar el directorio telefónico de toda la organización. Tras el estudio de todos los requisitos y valorando los servicios de valor añadido que se quieren ofrecer se decide apostar por la solución de comunicaciones unificadas que tiene el fabricante Cisco. Ente las diferentes opciones que ofrece Cisco dentro del paquete de comunicaciones unificadas, la propuesta más interesante es el producto llamado Business Edition 6000. Este paquete escala hasta 1000 usuarios, siendo suficiente ya que el cliente tiene 700 empleados, vamos a considerar que todos los empleados tendrán teléfono por lo que cada uno, será un usuario de telefonía. Este paquete ofrece de forma centralizada toda las gestión tanto de los usuarios de telefonía como el buzón de voz y la solución de movilidad. De esta forma, como vemos en la Ilustración 20, tenemos un mismo sistema de gestión para toda la infraestructura que controla además de la sede principal las otras dos sedes.. Ilustración 20 - Esquema de la solución.. Adicionalmente podemos ver que en cada una de las sedes se piensa colocar un Gateway para poder hacer la conexión con la red pública. Estos Gateways tendrán habilitada la función de supervivencia, SRST, para que en caso de pérdida de conexión IP entre las sedes, el sistema de telefonía siga funcionando. Sobre la base de la infraestructura de datos se necesita: Instalación de un Gestor de Llamadas centralizado de Telefonía IP en la localización principal designada en función de la topología y las redundancias necesarias.. 40.